高速鐵路提速道岔健康管理分析

張 昕

(中國鐵路廣州局集團有限公司衡陽電務段，湖南衡陽 431000)

1 概述

隨著高速鐵路飛速發展，高速鐵路的運營里程在不斷擴張，軌道交通系統的復雜度也日益增加。國內高鐵建設具有周期短規模大的特點，就目前來說，高鐵建設正在從全方位、大范圍的建設階段，向提質量，增效率的維護階段轉換。鐵路信號設備是高速列車運行的基本保障系統，提高信號設備的維護質量，可以積極的促進高速鐵路快速發展。

提速道岔作為高速鐵路信號系統設備的安全關鍵設備，其運行環境復雜，經常遭受外界環境干擾，一旦出現故障，將造成列車大面積晚點。因此，解決提速道岔運行狀態健康管理（Prognostics and Health Management,簡稱PHM）關鍵技術，對于提升其預防和應對故障的能力，維修模式由狀態修向預防修、針對修的轉變，保障高速鐵路的安全穩定運行具有重要的理論意義和實用價值。

2 提速道岔信息采集

現階段高速鐵路提速道岔通過信號集中監測、缺口監測、電務安全生產指揮等系統采集到大量的信息，道岔數據采集層數據框圖如圖1所示。

1）道岔動作電流曲線：道岔電流曲線反映道岔在轉換過程中道岔控制電路工作狀態、轉轍機運用狀態，通過對道岔動作電流曲線的分析，能了解道岔轉換時的運用質量，還能在故障時進行輔助判斷，指導現場有針對性的進行故障處理。

圖1 提速道岔數據采集圖Fig.1 Data collection diagram of speed-up switch

2）道岔功率曲線：是道岔尖軌移動推拉力的反映，通過對道岔動作功率曲線的分析，能反映道岔轉換過程中道岔整體工作情況，在日常分析中道岔動作功率曲線更能反映道岔在轉換過程中受力情況和道岔機械性能，指導現場有針對性地進行維修。

3）道岔表示電壓：對道岔表示模擬量的采集主要是道岔在定、反位時分線盤處的交流電壓、直流電壓。

4）道岔操縱及表示信息：通過采集1DQJ判斷道岔操縱時間，采集表示繼電器狀態判斷道岔位置信息。

5）道岔電纜絕緣：通過電纜絕緣電阻的測量，可以及時了解電纜芯線對地絕緣的情況。

6）道岔缺口：通過圖像識別技術監測道岔表示缺口變化情況，如不及時調整道岔則會導致檢查柱無法落入缺口，道岔無法給出表示信息，影響行車安全。通過分析缺口偏移量的變化趨勢，及時養護調整，防止道岔無表示故障發生。

7）道岔油量：通過液位傳感器測量道岔油箱內的油位，防止油位不達標造成道岔無法操縱。

8）道岔動作油壓：通過壓力傳感器測量道岔操縱期間的阻力變化情況，并記錄定、反位的轉換和靜態壓力。

9）道岔溫度、濕度、震動參數：通過溫濕度傳感器采集轉轍機內部溫濕度及過車情況。

10）道岔維修信息：通過電務安全生產指揮系統查詢道岔維修及施工天窗計劃信息。

11）道岔問題庫：通過安全生產指揮系統查詢道岔日常檢查發現的問題庫信息。

3 提速道岔PHM系統

提速道岔PHM系統主要包含道岔運行數據采集、數據處理分析（預處理、特征分析、智能挖掘）、可視化界面呈現3大業務流程節點，如圖2所示。

圖2 提速道岔PHM系統流程示意圖Fig.2 Flow diagram for PHM system of speed-up switch

3.1 數據采集

提速道岔PHM系統數據采集主要包含集中監測、道岔缺口監測、電務安全生產調度指揮系統的各類數據。

3.2 數據處理分析

按線路、站名逐級劃分結構層次模型，同時建立以道岔為最核心的性能診斷的最小單元模型；針對各站的道岔數據，進行統計分析，測定道岔的運行健康狀態。

3.3 可視化界面

道岔PHM系統將分析處理得出的道岔診斷和健康管理數據融合貫通，根據道岔的組成結構，形成可視化界面，提出道岔維護綜合報告，以幫助電務維護人員掌握道岔運行情況，提出維修決策。

4 提速道岔健康管理方法

隨著監測技術不斷進步，對提速道岔設備的監控越來越完善，收集到的設備運行狀態信息越來越豐富，如同每時每刻都在給設備進行全身體檢。這些海量數據中蘊含著巨大的經濟價值，有效利用收集到的設備運行狀態信息，實時對設備運行質量給出科學的評價，實現更加精準的設備維修，不僅可以大幅度提高維修效率和降低人員需求，同時對維修質量也給出科學的評價，實現更加科學高效的維修評價體系。

對提速道岔的各類信息進行篩選，擬定以下11項信息作為評判道岔健康狀態的條件，并對每個評分項目的評分標準及權重進行設定，如表1所示。

表1 提速道岔健康評分系統Tab.1 Health scoring system of speed-up switch

依據提速道岔的健康管理系統進行分析，對提速道岔運用狀態評價等級進行劃分，如表2所示。

表2 提速道岔健康狀態評價等級表Tab.2 Table for health state evaluation grade of speed-up switch

5 健康管理應用成果

提速道岔健康管理系統自2018年3月在衡陽電務段衡柳線運用以來，經過長期對道岔的健康進行評判，功能達到預期目標，突破了傳統的單一系統監測局限性。通過長期運用，健康管理系統應用價值突出，主要表現在以下幾個方面。

5.1 保障提速道岔安全運行，確保高速鐵路正常運輸

系統的建設在減少和預防設備故障，減少作業維護人員上道次數等方面起到了非常好的效果。通過對道岔健康評判的分析和維修的總結，積累經驗，為提速道岔故障預防提供重要的參考和借鑒，通過健康管理，避免了大量提速道岔故障隱患，保障高鐵的正常運輸。

5.2 改變維修模式，節約維修成本

將原來以狀態修和故障修為主的提速道岔維修模式轉變為預防修、針對修為主的方式，準確客觀的健康狀態評價，減少維修成本。

5.3 降低勞動強度、提高管理水平

通過提速道岔健康管理系統對道岔的健康狀態進行客觀的評價，減少電務作業人員上道次數。

6 結論

高速鐵路提速道岔健康管理是實現電務信號設備預防修、針對修的主要技術支持，確保高速鐵路運行的基本保障技術。提速道岔健康管理運用良好取決于現場數據的準確性及可靠性，在后續運行中對設備的評分設置標準及評分權重進行優化，相應的在高速鐵路計算機聯鎖、軌道電路等關鍵設備進行推廣。